北京科技大学铸造材料与工艺球磨铸铁的生产与控制..docxVIP

铸造材料与工艺课程设计球磨铸铁的生产与控制学生姓名： 学生学号： 指导教师：目录一．课程设计题目及设计思路3二．球磨铸铁简介3三．球磨铸铁基体的选择3四．球磨铸铁化学成分的设计4五．铁液的熔炼、球化及孕育过程的控制5六．热处理过程的选择7七．力学性能检测7八．结语7九．参考文献：8一．课程设计题目及设计思路抗拉强度400Mpa，伸长率不低于80%，-40℃的标准V型缺口试样的冲击吸收功不低于12J的球磨铸铁的生产与控制。根据力学性能要求，对于球磨铸铁的设计与生产主要分为一下几个步骤：球磨铸铁基体的选择：球磨铸铁的力学性能主要取决于基体组织，从题目中可以看出，产品对于伸长率的要求较高，因此在设计时需对比不同的球磨铸铁基体的特点及力学性能，选择所要生产的球磨铸铁的基体；球磨铸铁化学成分的设计：根据相应的基体，参照抗拉强度与伸长率均符合要求的QT400-18牌号球磨铸铁的成分，设计出初步的元素成分。另外，从题目中可以看出，产品对低温韧性要求较高，因此需在初步成分的基础上，进行成分的改进，最终使产品的低温韧性达到要求。球化及孕育过程的控制：球磨铸铁的球化过程和孕育过程是球铁生产的关键环节，决定着最终产品的力学性能和组织的好坏，因此需要重点控制。热处理过程的选择：热处理方法可以改善基体组织，提高力学性能，对于最终力学性能特别是低温韧性的达标有重要的作用。二．球磨铸铁简介兼具优良的综合机械性能以及低廉的制造成本，球墨铸铁已经大量用于制造强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁是铁液凝固时碳以石墨形式呈球状析出的铸铁。由于石墨以球状存在，避免因片状或尖角可能导致的应力集中，降低了石墨对基体的割裂作用，其强度、塑性、初性均显著优于灰铸铁。球墨铸铁屈强比较高，其强度质量比也优于铸钢。三．球磨铸铁基体的选择按照基体的不同，球磨铸铁可分为铁素体球墨铸铁、珠光体球磨铸铁以及珠光体铁素体球磨铸铁。珠光体基体的球磨铸铁抗拉强度高，但是塑性差，其伸长率很难达到所要求的18%；而铁素体基体的塑性最好，能够满足要求，虽然其抗拉强度较差，但也能达到要求的400Mpa，因此选择铁素体基体作为设计基体。铁素体球墨铸铁是一种综合性能良好的高韧性、高强度金属材料。它主要用于制造受力较大而主要又承受变形和冲击的零部件，如汽车的底盘和轮毂等[1,2]。生产铁素体球墨铸铁通常采用合适的高、低温退火工艺来消除晶界共晶碳化物，分解珠光体以获得80%以上的铁素体基体组织，从而保证铁素体球墨铸铁较高的冲击韧度和一定的强度[3]。四．球磨铸铁化学成分的设计化学成分是保证球磨铸铁力学性能的基础，根据国家标准 GB1348-1988，参照QT400-18牌号的球铁主要化学成分（3.5-3.9%C，2.0-2.1%Si，≤0.40%Mn，≤0.05%P，≤0.03%S）。因为本研究对球铁的低温性能有很高的要求，需结合镍元素对铁素体球磨铸铁低温韧性的提高，对产品的化学成分设计如下：（1）碳当量　碳促进石墨化，减少白口，但含量过高，易引起石墨漂浮；过低，铸件收缩增大，易形成缩孔、缩松等缺陷。硅也能促进石墨化，以孕育剂的方式添加，其效果更佳。Si通常有双重作用：一方面使渗碳体、珠光体、三元磷共晶减少，增加铁素体量，改善塑性；另一方面却强化铁素体，脆性作用较明显，因此为获得18%的伸长率，应尽量降低Si含量[4]。选择碳当量为4.1%-4.4%，其中碳含量3.5%-3.9%，硅含量2.0%-2.1%。（2）锰　锰是形成碳化物能力较强的元素，容易附集到共晶团边界而形成珠光体或碳化物，严重时形成网状碳化物,影响力学性能，一般控制猛含量小于0.2%。（3）磷　磷在球铁中溶解度很低，当磷超过某一含量时，易偏析于共晶团边界形成磷共晶，降低铸件的塑性、韧性和强度，并且使铸件产生泠裂，因此控制磷含量0.05%。（4）硫　硫与镁、稀土亲和力很强，消耗铁液中的球化元素，形成MgS、RES渣，降低球化率。硫越高，消耗球化剂越多，因此铁液含硫量高是造成球化元素残留量少而导致球化不良的主要原因。另外，含硫量高还容易产生夹渣、皮下气孔等缺陷，所以在球铁的生产中含硫量多少对稳定生产、提高质量极为关键。应该硫含量应严格控制0.025%[5]。（5）稀土和镁残留量　稀土起辅助球化作用，RE残过高时，会恶化石墨形状。因此在保证球化良好的前提下，稀土和镁的残留量尽可能降低。控制RE残的含量0.03%-0.04%，Mg残的含量0.04%-0.05%。（6）镍Ni 熔于铁熔体中，碳的溶解度随铁水中镍的增加而逐渐降低。镍对石墨化会产生一定的影响，在铸铁共晶凝固期间，镍对石墨化的影响能力约为硅的三分之一，因此，在铸铁中加入1％镍，则可降低铸铁中的含硅量约0.3％，而不会增加析出自由渗碳体的危险。 镍对基体组织也会有很大影响，镍降低奥氏体转变